KR101673506B1 - 전기히터를 이용한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 운항시 메인연료탱크로부터 세틀링탱크를 거쳐 서비스탱크에 저장된 연료유를 스팀히터로 가열시켜 메인엔진과 제너레이터로 공급시키도록 하고, 선박의 입.출항시와 정박시에는 서비스탱크에 저장된 연료유를 전기히터로 가열시켜 메인엔진과 제너레이터로 공급시키도록 한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서비스탱크로부터 메인엔진과 제너레이터로 연료유를 각각 공급시키는 공급라인상에 전기히터 열교환기를 스팀히터 열교환기와 병렬식으로 연결 설치하고, 메인엔진으로부터 서비스탱크로 연료유를 직접 리턴시키는 배관라인을 사용하여 서비스탱크에서 전기히터로 공급되는 연료유의 입구측 온도를 상승시킴으로서, 선박의 정박시 보일러에 연료유를 공급하여 스팀을 생성시키는 기존의 히팅시스템과 비교하여 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 최대한으로 줄이는 한편, 전기히터의 가동에 필요한 제너레이터의 연료유 소모량 역시 최소화시킬 수 있도록 하고, 메인엔진의 히팅과 제너레이터의 가동을 위한 최적의 온도조건으로 연료유를 가열 및 공급시켜 보다 더 안정적인 정박유지와 한층 더 신속한 재운항이 가능토록 하며, 세틀링탱크에 별도의 독립적인 고정식 전기히터를 설치하여 서비스탱크의 연료유가 모두 소비되더라도 보일러의 가동없이 퓨러파이어를 사용할 수 있는 적정 온도를 유지토록 함으로서 효율성과 안정성을 도모하며, 궁극적으로는 선박의 입.출항시나 정박시 특수한 경우를 제외하고 보일러의 사용을 원천적으로 차단시킬 수 있도록 한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템에 관한 것이다.

Description

전기히터를 이용한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템{Heating and circulation system for fuel oil of a ship using electric heater}

본 발명은 선박의 운항시 메인엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 발생시킨 스팀을 스팀히터 열교환기로 공급시키는 한편, 메인연료탱크로부터 세틀링탱크를 거쳐 서비스탱크에 저장된 연료유를 상기 스팀히터 열교환기로 유입 및 가열시켜 메인엔진과 제너레이터로 공급시킬 수 있도록 하고, 선박의 정박중에는 서비스탱크에 저장된 연료유를 전기히터 열교환기로 유입 및 가열시켜 메인엔진과 제너레이터로 공급시킴으로서, 메인엔진 내부의 연료유 고착 방지 및 정박중에 필요한 전력생산이 가능토록 하는 한편, 메인엔진과 제너레이터를 거친 연료유를 전기히터 열교환기로 순환 및 재공급시킬 수 있도록 한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박용 엔진의 연료유로 사용되는 중유 계통의 오일은 디젤유에 비해서도 유동성이 현저히 낮고 그 착화점은 매우 높기 때문에, 선박용 연료유를 일정 온도까지 가열하여 엔진에서 요구되는 점도(유동성) 및 착화점을 만족시키도록 하는 것이 요구되며, 이를 위하여 고온의 스팀(Steam:증기)을 이용한 연료유 히팅시스템이 선박에 설비되어 사용되고 있다.

상기와 같은 기존의 연료유 히팅시스템은 도 1에 간략하게 도시된 바와 같이, 선박의 운항시 메인엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 스팀발생기로 공급하여 스팀을 생성시키고, 이와 같이 생성된 스팀을 이용하여 메인엔진과 제너레이터(Generator: 선박용 발전기)로 공급되는 연료유를 소정의 온도로 가열토록 함과 동시에, 선실 등의 거주구역에 필요한 난방을 수행하거나 온수 등을 공급시킬 수 있도록 한 것이다.

이와는 달리, 선박의 정박시에는 엔진 연료유가 저장된 서비스탱크로부터 보일러로 연료유를 공급하여 스팀을 생성시키고, 이와 같이 생성된 스팀을 이용하여 메인엔진 및 제너레이터로 공급되는 연료유를 가열시킴으로서, 메인엔진 내부의 연료유 고착 및 연료유 공급 계통의 고착을 방지함과 동시에 제너레이터를 가동시켜 정박중에 필요한 전기를 생산토록 하였으며, 선박의 신속한 재운항을 위하여 각종 오일탱크의 히팅(Heating) 작업 및 순환 냉각수의 가열에 의한 메인엔진과 제너레이터의 워밍(Warming) 작업 또한 병행함은 물론이고, 정박시 선실 등의 거주구역에 필요한 난방이나 온수공급 등에도 보일러를 이용한 스팀가열 방식이 적용되고 있다.

그러나, 선박의 정박시 연료유를 이용하여 보일러를 가동시키게 되면, 하루에 약 1.5~2ton에 달하는 과도한 량의 연료유가 소모되는 비경제적인 문제점이 발생할 뿐만 아니라, 연료유의 연소 과정에서 각종 대기오염물질(NOx, SOx, CO₂ 등)이 대량으로 배출되어 환경오염을 유발시키는 문제점이 있었으며, 이는 최근에 발효된 탄소배출권 거래제도에 관한 국제협약의 관점에서도 국가적으로나 기업적으로 환경적 부담을 가중시키는 요인이 된다.

이와 더불어, 선박의 정박시에 필요한 모든 히팅 및 엔진 예열과 선실 등의 난방 및 온수공급을 보일러의 가동에 의존함에 따라, 선박의 좁은 내부공간에 대형의 보일러가 설비되어야 함으로서 선박 내부의 효율적인 공간활용이 어려운 문제점이 발생하였고, 보일러의 지속적인 가동으로 말미암아 보일러 설비의 잦은 고장과 수명단축이 유발되는 한편, 보일러 설비의 수리나 유지보수 및 보일러 설비의 교체 등에 따른 비용부담 역시 증대되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 기존 히팅시스템의 문제점을 보완할 수 있도록 한 것으로서, 세틀링탱크(Settling tank)나 서비스탱크(Service tank)와 같은 연료탱크로부터 열교환히터 및 공급펌프를 구비하는 배관라인을 거쳐 배출된 연료유가 해당 연료탱크로 다시 회수되도록 하는 순환시스템을 구성하되, 상기 열교환히터로서 선박용 제너레이터로부터 생성된 전기를 이용하는 전기히터 열교환기와 보일러에 의하여 생성된 스팀을 이용하는 스팀히터 열교환기를 함께 사용토록 한 선박 중유 서비스탱크의 온도유지 시스템이 대한민국 공개특허 제10-2012-0039154호(공개일자: 2012년 04월 25일)에 기재되어 알려져 있다.

상기와 같은 종래의 선박 중유 서비스탱크의 온도유지 시스템에 따르면, 선박의 운항시에는 기존의 경우와 같이 메인엔진의 배기가스를 이용하여 생성된 스팀으로 연료유를 가열시키고, 선박의 정박시에는 연료탱크로부터 배출된 연료유를 전기히터 열교환기로 보내어 연료유를 가열한 다음, 이를 연료탱크에 다시 저장시켜 놓았다가 필요한 사용처로 공급시킬 수 있도록 함으로서, 보일러의 가동에 따른 연료유의 소모량과 대기오염물질의 발생량을 줄이고, 보일러의 운전시간을 단축시켜 해당 설비의 수명연장과 함께 유지비용의 절감을 도모토록 하였다.

그러나, 종래의 선박 중유 서비스탱크의 온도유지 시스템과 같이 연료탱크에 저장된 연료유를 전기히터로 가열하여 이를 다시 연료탱크로 순환 및 저장시키는 방식을 적용하게 되면, 연료유의 온도상승에 따른 유증기의 발생과 누적 및 연료탱크의 내압증가로 인한 폭발위험성이 매우 크게 되므로, 연료탱크에 저장된 연료유의 온도를 90℃ 정도의 낮은 수준으로 유지시킬 수 밖에 없는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 메인엔진이나 제너레이터에 실질적으로 요구되는 140℃ 내외의 사용온도 수준으로 연료유를 가열 및 공급시키기가 어려운 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위해서는 전기히터에 의하여 1차 가열된 상태로 연료탱크에 저장된 연료유를 메인엔진과 제너레이터로 공급시키는 한편, 해당 공급라인상에 기설치되어 있는 스팀히터 열교환기로 스팀을 공급하여 연료유를 추가로 가열시키는 작업이 필요하게 됨으로서, 스팀의 공급을 위한 보일러의 가동을 최대한으로 줄여 연료유의 소모량과 대기오염물질의 배출량을 극소화시키고자 하는 측면에 부합되지 못하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0039154호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 전기히터를 이용한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템은 서비스탱크로부터 메인엔진과 제너레이터로 연료유를 각각 공급시키는 공급라인상에 전기히터 열교환기를 스팀히터 열교환기와 병렬식으로 연결 설치함으로서, 선박이 속력을 줄임에 따라 배기가스의 발생량이 부족한 입.출항시와 메인엔진이 정지되어 있는 선박의 정박시 보일러 가동에 전적으로 의존하였던 기존의 선박용 히팅시스템을 사용하지 않고 특수한 경우를 제외하고는 전기히터를 가동시켜 보일러 사용을 원천적으로 배제시킬 수 있도록 하며, 이를 통하여 연료유의 소모량과 대기오염물질의 배출량을 극소화시킬 수 있도록 하는 한편, 메인엔진의 히팅과 제너레이터의 가동을 위한 최적의 온도조건(140℃ 내외)으로 연료유를 가열 및 공급시켜 보다 더 안정적인 정박유지와 한층 더 신속한 재운항이 가능토록 하는 것을 그 주된 기술적 과제로 한다.

또한, 메인엔진을 거쳐 배출된 연료유를 기존의 순환라인을 통하여 순환시키지 않고 서비스탱크로 직접 리턴시켜 전기히터 열교환기의 입구측으로 공급되는 연료유의 온도를 약 90℃까지 상승시키도록 함으로서, 전기히터 열교환기의 입/출구 온도차를 최대한으로 줄여 전기히터의 가동에 사용되는 제너레이터의 연료 소모량 역시 최소화(약 0.1ton)시킬 수 있도록 하며, 메인연료탱크로부터 공급된 연료유를 1차 침전시켜 서비스탱크로 보내기 위한 세틀링탱크에 고정식 전기히터를 추가로 설치함으로서, 기존의 스팀히터 열교환기를 사용하지 않더라도 세틀링탱크에 저장된 연료유를 약 95~98℃로 가열하여 퓨러파이어로 공급시킬 수 있도록 하며, 이를 통하여 장기간의 정박으로 서비스탱크에 저장된 연료유가 소모되더라도 보일러의 운전없이 연료유의 침전과 정제작업을 신속하고 원활하게 수행될 수 있도록 하는 동시에, 서비스탱크로부터 메인엔진과 제너레이터로 연장되는 공급라인상의 전기히터 열교환기에 의한 연료유의 가열부하를 줄일 수 있도록 하는 등, 선박용 히팅시스템 전반에 걸쳐 전기히터 가열방식을 보다 더 합리적으로 활용할 수 있도록 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 선박용 연료유가 저장된 메인연료탱크로부터 연료유펌프를 거쳐 연장되는 공급라인이 세틀링탱크와 연결 설치되며, 상기 세틀링탱크로부터 스팀히터 열교환기와 퓨러파이어를 거쳐 연장되는 정제라인이 서비스탱크와 연결 설치되고, 상기 서비스탱크로부터 연장되는 배출라인이 제 1공급라인과 제 2공급라인으로 분기되며, 상기 제 1공급라인은 공급펌프와 가압순환펌프 및 스팀히터 열교환기를 거쳐 메인엔진과 연결 설치되고, 상기 제 2공급라인은 순환펌프와 스팀히터 열교환기를 거쳐 제너레이터와 연결 설치되며, 상기 각각의 배관라인에는 연료유의 공급경로를 조정하기 위한 밸브기구가 설치되고, 상기 메인엔진의 유입측에 해당하는 제 1공급라인에는 오일필터가 설치된 선박 연료유의 가열 및 순환시스템에 있어서, 상기 가압순환펌프와 오일필터의 사이에 해당하는 제 1공급라인 및/또는 상기 순환펌프와 제너레이터의 사이에 해당하는 제 2공급라인에는 전기히터 열교환기가 스팀히터 열교환기와 함께 해당 공급라인상에 병렬식으로 연결 설치되고, 상기 각각의 전기히터 열교환기는 케이블에 의하여 제너레이터와 접속 설치되며, 상기 공급펌프와 가압순환펌프의 사이에 해당하는 제 1공급라인 및/또는 상기 순환펌프의 이전 위치에 해당하는 제 2공급라인에는 탈기장치로부터 밸브기구를 거쳐 연장되는 순환라인이 각각 연결 설치되는 한편, 상기 메인엔진과 제너레이터로부터 각각 연장되는 리턴라인이 탈기장치를 거쳐 서비스탱크와 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 더불어, 상기 세틀링탱크에는 제너레이터와 케이블로 접속되는 전기히터가 설치되고, 상기 세틀링탱크로부터 밸브기구를 거쳐 연장되는 보조배출라인이 서비스탱크의 배출라인과 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1공급라인과 제 2공급라인의 분기점 이전 위치에 해당하는 배출라인에는 삼방밸브가 설치되고, 상기 삼방밸브에는 디젤오일탱크로부터 밸브기구를 거쳐 연장되는 공급라인이 연결 설치되며, 상기 메인엔진과 탈기장치를 연결하는 리턴라인으로부터 보조리턴라인이 분기되고, 상기 보조리턴라인이 밸브기구를 거쳐 서비스탱크와 연결 설치되며, 상기 보조리턴라인의 밸브기구 이전 위치로부터 회수라인이 분기되고, 상기 회수라인이 밸브기구를 거쳐 디젤오일탱크와 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 선박의 정박시 보일러 가동에 전적으로 의존하였던 기존의 히팅시스템과 비교할 경우 연료유의 소모량과 대기오염물질의 배출량을 약 90% 이상 줄일 수 있고, 종래기술로서의 선박 중유 서비스탱크의 온도유지 시스템과 비교하더라도 연료유의 소모량과 대기오염물질의 배출량을 최소 70% 이상 줄일 수 있는 효과를 제공하며, 선박용 보일러 설비를 소형화시킴에 따라 선박 내부공간의 효율적인 활용이 가능하고, 보일러 설비의 수리나 유지보수 등에 소요되는 비용을 최대한으로 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 별도의 스팀가열이 없이 전기히터 열교환기만으로도 메인엔진의 히팅과 제너레이터의 가동에 실질적으로 필요한 140℃ 내외의 사용온도 수준으로 연료유를 가열 및 공급시킬 수 있음은 물론이고, 선박의 입.출항시에도 보일러를 사용하지 않고 전기히터를 사용함으로서, 추가적인 연료유의 절감 및 대기오염물질의 배출 저감을 달성할 수 있는 효과를 제공한다.

이와 더불어, 세틀링탱크에서의 연료유 침전작업과 퓨러파이어를 이용한 연료유의 정제작업 역시 전기히터 가열방식으로 보다 신속하고 원활하게 수행할 수 있는 동시에, 기존의 순환라인을 연료유 서비스탱크로 리턴시켜 전기히터 열교환기의 입구측 온도를 상승시킴으로서, 메인엔진과 제너레이터용 공급라인에 각각 설치된 전기히터 열교환기에 의한 연료유의 가열부하 및 제너레이터에서의 연료유 사용량을 줄여 보다 더 안정적이고 경제적인 시스템 운용이 가능한 효과를 제공한다.

궁극적으로는, 선박의 입.출항시와 정박시 사용되는 히팅시스템 전반에 걸쳐 전기히터 가열방식을 합리적이고 경제적으로 활용할 수 있도록 함으로서, 보다 더 안정적인 정박유지와 한층 더 신속한 재운항이 가능토록 하는 효과를 제공하며, 탄소배출권 거래제도에 관한 국제협약의 관점에서도 국가적으로나 기업적으로 충분한 대외경쟁력을 확보할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 제공하는 것이다.

도 1은 선박의 운항시와 정박시에 사용되는 기존 히팅시스템의 설명도.
도 2는 본 발명에 따른 전기히터를 이용한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템의 개략적인 설명도.
도 3은 도 2의 상세 배관도.

본 발명에 따른 전기히터를 이용한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진 연료유 메인탱크로부터 배출된 연료유를 세틀링탱크에 저장하고, 세틀링탱크로부터 퓨러파이어를 거쳐 배출된 연료유가 서비스탱크에 저장되며, 서비스탱크에 저장된 연료유가 메인엔진과 제너레이터 및 보일러 등으로 공급되도록 하는 기본적인 선박용 연료유 시스템에 있어, 메인엔진과 제너레이터로 연료유를 공급하는 배관라인상에 전기히터 열교환기를 스팀히터 열교환기와 병렬식으로 연결 설치한 것이다.

상기 스팀히터 열교환기는 공지된 바와 같이 연료유의 유입관과 배출관이 연결된 열교환탱크의 내부에 스팀이 유동하는 열교환파이프가 다수 매 또는 지그재그식으로 삽입 설치된 다관식 열교환기 즉, 쉘엔튜브식(Shell & tube type) 열교환기나 쉘엔핀튜브식(Shell & fin-tube type) 열교환기를 대표적인 예로 들 수 있으며, 상기 전기히터 열교환기는 연료유의 유입관과 배출관이 연결된 열교환탱크의 내부에 다수 매의 전기히터봉, 바람직하게는 시즈히터(Sheath heater)가 일정 간격을 두고 평행하게 삽입 설치된 것을 대표적인 예로 들 수 있으나, 스팀 또는 전기히터로 연료유를 가열시킬 수 있는 구조라면 어떠한 형태의 열교환기가 적용되더라도 무방함을 밝혀두는 바이다.

이와 더불어, 상기 세틀링탱크에도 제너레이터에서 생산된 전기를 사용할 수 있도록 전기히터를 장착시킴에 따라, 스팀히터 열교환기를 사용하지 않더라도 정제시 필요한 온도가 유지되도록 하였고, 장기간의 정박으로 서비스탱크의 연료유가 소모되더라도 보일러의 운전없이 연료유의 침전과 정제작업이 신속하고 원활하게 수행되도록 하였으며, 선실 등의 거주구역에 필요한 난방이나 온수공급 등에도 제너레이터에서 생산된 전기를 사용할 수 있도록 한 것인 바, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세부적인 구성을 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 연료유 가열 및 순환시스템(10)의 기본적인 배관구성으로서, 메인연료탱크(1)로부터 연료유펌프(2a)를 거쳐 연장되는 공급라인(2)이 세틀링탱크(3)와 연결 설치되고, 상기 세틀링탱크(3)로부터 스팀히터 열교환기(4b)와 퓨러파이어(4a)를 거쳐 연장되는 정제라인(4)이 서비스탱크(5)와 연결 설치되며, 상기 서비스탱크(5)로부터 연장되는 배출라인(5a)이 제 1공급라인(6)과 제 2공급라인(7)으로 분기된다.

이와 더불어, 상기 제 1공급라인(6)은 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b) 및 스팀히터 열교환기(6c)를 거쳐 메인엔진(8)과 연결 설치되고, 상기 제 2공급라인(7)은 순환펌프(7a)와 스팀히터 열교환기(7b)를 거쳐 제너레이터(9)와 연결 설치되며, 상기 메인엔진(8)과 제너레이터(9)로부터 각각 연장되는 리턴라인(8a)(9a)이 탈기장치(11)(11a)를 거쳐 서비스탱크(5)와 다시 연결 설치되는 한편, 탈기장치(11)(11a)의 이전 위치에 해당하는 리턴라인(8a)(9a)으로부터 보조리턴라인(8b)(9b)이 분기되고, 상기 보조리턴라인(8b)(9b)이 서비스탱크(5)와 추가로 연결 설치된다.

상기 각각의 배관라인에는 연료유의 공급경로(유로: 流路)를 조정하기 위한 밸브기구로서 개폐밸브(볼밸브가 바람직하다)와 체크밸브(Check valve) 등이 배관용 커넥터와 함께 필요한 위치마다 설치되어 있고, 상기 제 1공급라인(6)에는 유량계와 점도계 및 오일필터가 설치되는 바, 상기 밸브기구를 포함하여 연료유의 공급상태를 측정하기 위한 각종 보조기구들의 적용방식은 도 3에 도시된 방식으로 한정되지 않고 매우 다양한 방식이 적용될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 탈기장치(11)(11a)는 메인엔진(8)과 제너레이터(9)로부터 리턴라인(8a)(9a)을 따라 배출되는 연료유를 일시 저장하였다가 이를 서비스탱크(5)로 보내기 위한 완충단열탱크로서, 연료유를 고온으로 가열하는 과정에서 발생하는 연료유의 팽창압력 및 연료유에 포함된 각종 기체성분을 제거하여 배관 내부의 압력을 일정한 수준으로 유지시키는 기능을 수행한다.

본 발명의 제 1요부에 해당하는 구성요소로서, 상기 제 1공급라인(6) 중 가압순환펌프(6b)와 오일필터의 사이에 해당하는 배관라인상에 전기히터 열교환기(6d)가 스팀히터 열교환기(6c)와 함께 병렬식으로 연결 설치되고, 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b)의 사이에 해당하는 제 1공급라인(6)측에는 탈기장치(11)로부터 개폐밸브를 거쳐 연장되는 순환라인(13)이 연결 설치되어 있다.

도면상 2개의 스팀히터 열교환기(6c)와 하나의 전기히터 열교환기(6d)가 제 1공급라인(6)상에 병렬식으로 연결 설치되어 있으나, 스팀히터 열교환기(6c)와 전기히터 열교환기(6d)가 최소 1개씩 설치된다는 조건하에서 열교환기(6c)(6d)의 적용갯수는 선박의 내부공간을 고려하여 임의대로 조정할 수 있는 사항이며, 상기 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b)는 도면에서와 같이 하나의 스페어펌프(Spare pump)를 포함하여 각각 2개씩 설치하는 것이 바람직하다.

상기 공급펌프(6a)는 4~5kgf 정도의 토출압력을 가지는 제품으로 하여 서비스탱크(5)에 저장된 연료유의 공급을 목적으로 설치된 것이고, 상기 가압순환펌프(6b)는 7~11kgf 정도의 토출압력을 가지는 제품으로 하여 메인엔진(8) 내부를 통한 연료유의 가압식 공급을 목적으로 설치된 것이며, 각 펌프기구(6a)(6b)의 흡입(입구)측에는 펌프의 교체사용을 위한 개폐밸브가 설치되어 있고, 각 펌프기구(6a)(6b)의 토출(출구)측에는 연료유의 역류를 차단시키기 위한 체크밸브가 설치되어 있으며, 각 열교환기(6c)(6d)의 입구측과 출구측에도 열교환기(6c)(6d)의 교체사용을 위한 개폐밸브가 설치되어 있다.

따라서, 선박의 운항시에는 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b)를 가동시켜 서비스탱크(5)로부터 제 1공급라인(6)을 따라 메인엔진(8)으로 연료유를 공급시키되, 메인엔진(8)에서 요구되는 연료유의 점도와 착화점을 만족시킬 수 있도록 연료유를 스팀히터 열교환기(6c)로 보내어 가열시키게 되며, 선박의 정박시에는 메인엔진(8) 내부의 연료유 고착 및 연료유 공급 계통의 고착을 방지할 수 있도록 전기히터 열교환기(6d)로 연료유를 보내어 가열시킨 다음, 이를 메인엔진(8)으로 공급시키고, 메인엔진(8)으로부터 리턴라인(8a)을 따라 탈기장치(11)로 배출된 연료유는 순환라인(13)을 거쳐 가압순환펌프(6b)의 흡입(입구)측으로 다시 유입되도록 하는 방식으로 연료유의 순환작업을 수행하게 된다.

보다 더 바람직하게는, 개폐밸브를 이용한 유로조정작업을 거쳐 메인엔진(8)으로부터 리턴라인(8a)을 따라 배출된 연료유가 탈기장치(11)를 거쳐 서비스탱크(5)로 회수되도록 하거나, 메인엔진(8)으로부터 배출된 연료유가 보조리턴라인(8b)을 거쳐 서비스탱크(5)로 회수되도록 함으로서, 전기히터 열교환기(6d)의 입구측으로 공급되는 연료유의 온도를 약 90℃까지 상승시켜 입/출구 온도차를 최대한으로 줄임에 따라, 전기히터의 가동에 사용되는 제너레이터(9)의 연료 소모량을 최소화시키도록 하는 것이다.

상기와 같이 선박의 정박시 메인엔진(8)으로 공급되는 연료유의 가열을 위한 전기히터 열교환기(6d)는 선박용 제너레이터(9)를 가동시켜 생산된 전력을 이용토록 함으로서, 선박의 운항시 메인엔진(8)의 배기가스를 이용하는 스팀발생기의 고장이 발생하였을 때에도 제너레이터(9)의 전기로 가동되는 전기히터를 사용토록 함으로서, 비상 상황시의 효율적인 대응 및 각종 문제의 예방이 가능하다.

본 발명의 제 2요부에 해당하는 구성요소로서, 상기 제 2공급라인(7) 중 순환펌프(7a)와 제너레이터(9)의 사이에 해당하는 배관라인상에도 전기히터 열교환기(7c)가 스팀히터 열교환기(7b)와 함께 병렬식으로 연결 설치되고, 상기 전기히터 열교환기(7c)는 케이블에 의하여 제너레이터(9)와 접속 설치되며, 상기 순환펌프(7a)의 이전 위치에 해당하는 제 2공급라인(7)측에는 탈기장치(11a)로부터 개폐밸브를 거쳐 연장되는 순환라인(12)이 연결 설치되어 있다.

상기 제 2공급라인(7)에도 2개의 스팀히터 열교환기(7b)와 하나의 전기히터 열교환기(7c)가 병렬식으로 연결 설치되는 한편, 상기 순환펌프(7a) 역시 하나의 스페어펌프를 포함하여 총 2개가 병렬식으로 연결 설치되어 있으며, 각 열교환기(7b)(7c)의 입구측과 출구측에 열교환기(7b)(7c)의 교체사용을 위한 개폐밸브가 설치되고, 각 순환펌프(7a)의 흡입(입구)측에는 펌프의 교체사용을 위한 개폐밸브가 설치되는 한편, 그 토출(출구)측에는 연료유의 역류를 차단시키기 위한 체크밸브가 설치되어 있다.

앞선 설명에서와 같이 스팀히터 열교환기(7b)와 전기히터 열교환기(7c)가 최소 1개씩 설치된다는 조건하에서 제 2공급라인(7)에 적용되는 열교환기의 갯수 또한 선박의 내부공간을 고려하여 임의대로 조정할 수 있는 사항이고, 동일한 관점에서 도면상 총 3개의 제너레이터(9)가 제 2공급라인(7)상에 병렬식으로 연결 설치되어 있는 바, 최소 하나의 제너레이터(9)가 설치된다는 조건하에서 제너레이터(9)의 적용갯수 또한 임의대로 조정이 가능하다.

상기와 같이 제너레이터(9)를 2대 이상 설치할 경우, 하나의 제너레이터(9)를 가동시키고 나머지 제너레이터(9)는 스페어 개념으로 둘 수도 있고, 각각의 제너레이터(9)를 동시에 가동시켜 전력을 분배하는 것도 가능하며, 각 제너레이터(9)의 입구측과 출구측에도 해당 제너레이터(9)의 가동과 연료유의 역류차단을 위하여 개폐밸브와 체크밸브가 각각 설치되어 있다.

따라서, 순환펌프(7a)를 가동시켜 서비스탱크(5)로부터 제 2공급라인(7)을 따라 제너레이터(9)로 연료유를 공급함으로서 선박의 운항중 또는 정박중에 필요한 전력을 생산토록 하되, 제너레이터(9)에서 요구되는 연료유의 점도와 착화점을 만족시킬 수 있도록 선박의 운항시에는 스팀히터 열교환기(7b)로 연료유를 보내어 가열시키고, 선박의 정박시에는 전기히터 열교환기(7c)로 연료유를 보내어 가열시키며, 제너레이터(9)로부터 리턴라인(9a)을 따라 탈기장치(11a)로 배출된 연료유는 순환라인(12)을 거쳐 순환펌프(7a)의 흡입(입구)측으로 다시 유입되도록 하고, 전기히터 열교환기(7c)의 작동은 제너레이터(9)에서 생산된 전기를 이용토록 한다.

앞선 설명에서와 같이 밸브기구를 이용한 유로조정작업을 거쳐 제너레이터(9)로부터 리턴라인(9a)을 따라 배출된 연료유가 탈기장치(11a)를 거쳐 서비스탱크(5)로 회수되도록 하거나, 제너레이터(9)로부터 배출된 연료유가 보조리턴라인(9b)을 거쳐 서비스탱크(5)로 회수되도록 할 수도 있고, 상기 순환라인(12)을 이용하여 연료유의 순환경로를 최대한으로 단축시킴으로서 연료유의 열손실과 에너지 낭비를 방지토록 하는 것도 가능하다.

상기와 같이 서비스탱크(5)로부터 제너레이터(9)로 연료유를 공급하는 제 2공급라인(7)이 서비스탱크(5)로부터 메인엔진(8)으로 연료유를 공급하는 제 1공급라인(6)과 서로 구분되어 있으므로, 요구하는 하나의 공급라인에 전기히터 열교환기를 적용하고 나머지 하나의 공급라인은 기존의 방식과 같이 스팀히터 열교환기만을 적용시킬 수도 있으나, 제 1공급라인(6)과 제 2공급라인(7)에 걸쳐 전기히터 열교환기(6d)(7c)를 모두 적용시킴으로서, 선박의 정박시 스팀의 공급, 즉 보일러의 가동 자체가 필요없이 제너레이터(9)에서 생산된 전기만을 이용하여 히팅시스템을 가동시킬 수 있도록 하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 제 3요부에 해당하는 구성요소로서, 상기 세틀링탱크(3)에는 제너레이터(9)와 케이블로 접속되는 전기히터(3a)가 설치되고, 상기 세틀링탱크(3)로부터 개폐밸브를 거쳐 연장되는 보조배출라인(3b)이 서비스탱크(5)의 배출라인(5a)과 연결 설치되어 있는 바, 상기 전기히터(3a)는 세틀링탱크(3)에 저장된 연료유의 온도를 95~98℃ 정도의 수준으로 유지시킴으로서, 연료유 중의 이물질 침전작업 및 퓨러파이어(4a)에 의한 연료유 정제작업이 보다 신속하고 원활하게 수행될 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 보조배출라인(3b)은 퓨러파이어(4a)에 내장된 펌프기구의 고장 등으로 말미암아 서비스탱크(5)로 연료유의 추가 공급이 수행되지 못하는 상황에서 서비스탱크(5)에 저장된 연료유가 모두 소모될 경우, 세틀링탱크(3)에 저장된 연료유를 제 1공급라인(6) 및/또는 제 2공급라인(7)으로 배출시킬 수 있도록 한 것으로서, 이러한 상황은 선박의 정박중이 아니라 항해중에 주로 발생하는 것이다.

다시 말해서, 세틀링탱크(3)와 서비스탱크(5)는 각각 20ton 정도의 연료유가 저장 가능하고, 제 1공급라인(6)과 제 2공급라인(7)에 모두 전기히터 열교환기(6d)(7c)를 적용시킨 본 발명의 최적 실시예는 선박의 정박 도중 1일당 약 0.1~0.5ton 정도의 연료유가 소모되는 바, 이는 보일러를 가동시키는 기존의 히팅시스템에 비하여 약 1/10 수준의 연료사용량이 되고, 종래의 선박 중유 서비스탱크의 온도유지 시스템과 비교하여서도 1/7 수준의 연료사용량이 되며 서비스탱크(5)에 저장된 연료유가 모두 소모되기 까지의 산술적 기간은 10~15일이 된다.

따라서, 본 발명의 선박 연료유 가열 및 순환시스템(10)이 설비된 선박이 장기간 동안 정박함으로 인하여 서비스탱크(5)에 저장된 연료유를 모두 소모하더라도 퓨러파이어(4a)용 스팀히터 열교환기(4b)를 사용하기 위한 보일러의 가동없이 세틀링탱크(3)의 전기히터(3a)만을 사용하여 퓨러파이어(4a)에 의한 연료유 정제 및 서비스탱크(5)로의 연료유 공급이 언제든 가능하게 됨으로서 시스템의 효율성과 안정성을 유지할 수 있다.

또한, 선박의 운항시에는 연료유의 사용량이 1일 수 십 ton에 달하므로, 퓨러파이어(4a)의 고장이 발생할 경우 상기 보조배출라인(3b)을 이용하여 세틀링탱크(3)를 서비스탱크(5)로 임시 활용할 수 있다는 것이며, 이는 선박의 운항에 지장을 초래하지 않으면서도 퓨러파이어(4a)의 수리 등에 필요한 충분한 시간적 여유를 확보할 수 있는 잇점을 제공한다.

본 발명의 제 4요부에 해당하는 구성요소로서, 상기 제 1공급라인(6)과 제 2공급라인(7)의 분기점 이전 위치에 해당하는 배출라인(5a)에는 삼방밸브(5b)가 설치되고, 상기 삼방밸브(5b)에는 디젤오일탱크(14)로부터 개폐밸브를 거쳐 연장되는 공급라인(14a)이 연결 설치되며, 메인엔진(8)용 보조리턴라인(8b)의 개폐밸브 이전 위치로부터 회수라인(14b)이 분기되고, 상기 회수라인(14b)이 개폐밸브를 거쳐 디젤오일탱크(14)와 연결 설치되어 있으며, 이러한 구성을 통하여 선박의 정박 도중에 주로 수행되는 메인엔진(8)의 청소나 유지보수에 필요한 디젤유의 공급시에도 연료유 공급배관을 이용토록 할 수 있다.

다시 말해서, 선박의 정박 도중 메인엔진(8)의 청소나 유지보수를 수행코자 할 경우, 상기 삼방밸브(5b)를 이용한 유로조정작업을 거쳐 디젤오일탱크(14)에 저장된 디젤유가 제 1공급라인(6)으로 배출되도록 세팅하여 놓은 다음, 제 1공급라인(6)의 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b)를 각각 가동시키게 되면, 디젤오일탱크(14)로부터 배출된 디젤유가 제 1공급라인(6)을 거쳐 메인엔진(8)으로 공급된다는 것이며, 디젤유의 공급에 따라 메인엔진(8)으로부터 밀려 나오는 연료유는 리턴라인(8a) 또는 보조리턴라인(8b)을 거쳐 서비스탱크(5)로 회수하고, 메인엔진(8)을 거쳐 배출되는 디젤유는 보조리턴라인(8b)과 연결된 회수라인(14b)을 거쳐 디젤오일탱크(14)로 회수하게 된다.

상기와 같은 제 1 내지 제 4요부 구성을 포함하는 본 발명에 따르면, 선박의 정박시 보일러 가동에 전적으로 의존하였던 기존의 히팅시스템과 비교할 경우 연료유의 소모량과 대기오염물질의 배출량을 약 90% 이상 수준까지 줄일 수 있고, 종래기술로서의 선박 중유 서비스탱크의 온도유지 시스템과 비교하더라도 연료유의 소모량과 대기오염물질의 배출량을 최소 70% 이상 줄일 수 있으며, 선박용 보일러 설비를 소형화시킴에 따라 선박 내부공간의 효율적인 활용이 가능하고, 보일러 설비의 수리나 유지보수 등에 소요되는 비용을 최대한으로 절감시킬 수 있다.

또한, 별도의 스팀가열이 없이 전기히터 열교환기(6d)(7c)만으로도 메인엔진(8)의 히팅과 제너레이터(9)의 가동에 실질적으로 필요한 140℃ 내외의 사용온도 수준으로 연료유를 가열 및 공급시킬 수 있음은 물론이고, 메인엔진(8)으로부터 배출된 연료유가 서비스탱크(5)로 직접 회수되도록 함으로서, 전기히터 열교환기(6d)의 입구측으로 공급되는 연료유의 온도를 약 90℃까지 상승시켜 입/출구 온도차를 최대한으로 줄임에 따라, 전기히터의 가동에 사용되는 제너레이터(9)의 연료 소모량 역시 최소화시킬 수 있다.

이와 더불어, 세틀링탱크(3)에서의 연료유 침전작업과 퓨러파이어(4a)를 이용한 연료유의 정제작업 역시 전기히터 가열방식으로 보다 신속하고 원활하게 수행할 수 있는 동시에, 메인엔진(8)과 제너레이터(9)용 공급라인(6)(7)에 각각 설치된 전기히터 열교환기(6d)(7c)에 의한 연료유의 가열부하를 줄여 보다 더 안정적인 시스템 운용이 가능하게 되며, 선박의 정박 도중에 주로 수행되는 메인엔진(8)의 청소나 유지보수에 필요한 디젤유의 공급시에도 연료유 공급라인을 이용할 수 있다.

궁극적으로는, 선박의 정박시 사용되는 히팅시스템 전반에 걸쳐 전기히터 가열방식을 합리적이고 경제적으로 활용할 수 있도록 함으로서, 보다 더 안정적인 정박유지와 한층 더 신속한 재운항이 가능토록 할 수 있으며, 탄소배출권 거래제도에 관한 국제협약의 관점에서도 국가적으로나 기업적으로 충분한 대외경쟁력을 확보할 수 있는 등, 선박용 히팅시스템과 관련하여 기존의 기술과 차별화 된 매우 유용한 개선사항을 제공할 수 있는 것이다.

1 : 메인연료탱크 2,14a : 공급라인
2a : 연료유펌프 3 : 세틀링탱크
3a : 전기히터 3b : 보조배출라인
4 : 정제라인 4a : 퓨러파이어
4b,6c,7b : 스팀히터 열교환기 6d,7c : 전기히터 열교환기
5 : 서비스탱크 5a : 배출라인
5b : 삼방밸브 6 : 제 1공급라인
6a : 공급펌프 6b : 가압순환펌프
7 : 제 2공급라인 7a : 순환펌프
8 : 메인엔진 8a,9a : 리턴라인
8b,9b : 보조리턴라인 9 : 제너레이터
10 : 연료유 가열 및 순환시스템 11,11a : 탈기장치
12,13 : 순환라인 14 : 디젤오일탱크
14b : 회수라인

Claims (5)

1. 선박용 연료유가 저장된 메인연료탱크(1)로부터 연료유펌프(2a)를 거쳐 연장되는 공급라인(2)이 세틀링탱크(3)와 연결 설치되며, 상기 세틀링탱크(3)로부터 스팀히터 열교환기(4b)와 퓨러파이어(4a)를 거쳐 연장되는 정제라인(4)이 서비스탱크(5)와 연결 설치되고, 상기 서비스탱크(5)로부터 연장되는 배출라인(5a)이 제 1공급라인(6)과 제 2공급라인(7)으로 분기되며, 상기 제 1공급라인(6)은 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b) 및 스팀히터 열교환기(6c)를 거쳐 메인엔진(8)과 연결 설치되고, 상기 제 2공급라인(7)은 순환펌프(7a)와 스팀히터 열교환기(7b)를 거쳐 제너레이터(9)와 연결 설치되며, 상기 각각의 배관라인에는 연료유의 공급경로를 조정하기 위한 밸브기구가 설치되고, 상기 메인엔진(8)의 유입측에 해당하는 제 1공급라인(6)에는 오일필터가 설치된 선박 연료유의 가열 및 순환시스템에 있어서,
   상기 가압순환펌프(6b)와 오일필터의 사이에 해당하는 제 1공급라인(6)에는 전기히터 열교환기(6d)가 스팀히터 열교환기(6c)와 함께 병렬식으로 연결 설치되고, 상기 전기히터 열교환기(6d)는 케이블에 의하여 제너레이터(9)와 접속 설치되며,
   상기 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b)의 사이에 해당하는 제 1공급라인(6)에는 탈기장치(11)로부터 밸브기구를 거쳐 연장되는 순환라인(13)이 연결 설치되고,
   상기 메인엔진(8)과 제너레이터(9)로부터 각각 연장되는 리턴라인(8a)(9a)이 탈기장치(11)(11a)를 거쳐 서비스탱크(5)와 연결 설치되며,
   상기 제 1공급라인(6)과 제 2공급라인(7)의 분기점 이전 위치에 해당하는 배출라인(5a)에는 삼방밸브(5b)가 설치되고, 상기 삼방밸브(5b)에는 디젤오일탱크(14)로부터 밸브기구를 거쳐 연장되는 공급라인(14a)이 연결 설치되며,
   상기 메인엔진(8)과 탈기장치(11)를 연결하는 리턴라인(8a)으로부터 보조리턴라인(8b)이 분기되고, 상기 보조리턴라인(8b)이 밸브기구를 거쳐 서비스탱크(5)와 연결 설치되며,
   상기 보조리턴라인(8b)의 밸브기구 이전 위치로부터 회수라인(14b)이 분기되고, 상기 회수라인(14b)이 밸브기구를 거쳐 디젤오일탱크(14)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 전기히터를 이용한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템.
2. 삭제
3. 선박용 연료유가 저장된 메인연료탱크(1)로부터 연료유펌프(2a)를 거쳐 연장되는 공급라인(2)이 세틀링탱크(3)와 연결 설치되며, 상기 세틀링탱크(3)로부터 스팀히터 열교환기(4b)와 퓨러파이어(4a)를 거쳐 연장되는 정제라인(4)이 서비스탱크(5)와 연결 설치되고, 상기 서비스탱크(5)로부터 연장되는 배출라인(5a)이 제 1공급라인(6)과 제 2공급라인(7)으로 분기되며, 상기 제 1공급라인(6)은 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b) 및 스팀히터 열교환기(6c)를 거쳐 메인엔진(8)과 연결 설치되고, 상기 제 2공급라인(7)은 순환펌프(7a)와 스팀히터 열교환기(7b)를 거쳐 제너레이터(9)와 연결 설치되며, 상기 각각의 배관라인에는 연료유의 공급경로를 조정하기 위한 밸브기구가 설치되고, 상기 메인엔진(8)의 유입측에 해당하는 제 1공급라인(6)에는 오일필터가 설치된 선박 연료유의 가열 및 순환시스템에 있어서,
   상기 가압순환펌프(6b)와 오일필터의 사이에 해당하는 제 1공급라인(6) 및 상기 순환펌프(7a)와 제너레이터(9)의 사이에 해당하는 제 2공급라인(7)에는 전기히터 열교환기(6d)(7c)가 스팀히터 열교환기(6c)(7b)와 함께 해당 공급라인(6)(7)상에 병렬식으로 연결 설치되고, 상기 각각의 전기히터 열교환기(6d)(7c)는 케이블에 의하여 제너레이터(9)와 접속 설치되며,
   상기 공급펌프(6a)와 가압순환펌프(6b)의 사이에 해당하는 제 1공급라인(6) 및 상기 순환펌프(7a)의 이전 위치에 해당하는 제 2공급라인(7)에는 탈기장치(11)(11a)로부터 밸브기구를 거쳐 연장되는 순환라인(12)(13)이 각각 연결 설치되는 한편, 상기 메인엔진(8)과 제너레이터(9)로부터 각각 연장되는 리턴라인(8a)(9a)이 탈기장치(11)(11a)를 거쳐 서비스탱크(5)와 연결 설치되며,
   상기 제 1공급라인(6)과 제 2공급라인(7)의 분기점 이전 위치에 해당하는 배출라인(5a)에는 삼방밸브(5b)가 설치되고, 상기 삼방밸브(5b)에는 디젤오일탱크(14)로부터 밸브기구를 거쳐 연장되는 공급라인(14a)이 연결 설치되며,
   상기 메인엔진(8)과 탈기장치(11)를 연결하는 리턴라인(8a)으로부터 보조리턴라인(8b)이 분기되고, 상기 보조리턴라인(8b)이 밸브기구를 거쳐 서비스탱크(5)와 연결 설치되며,
   상기 보조리턴라인(8b)의 밸브기구 이전 위치로부터 회수라인(14b)이 분기되고, 상기 회수라인(14b)이 밸브기구를 거쳐 디젤오일탱크(14)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 전기히터를 이용한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 세틀링탱크(3)에는 제너레이터(9)와 케이블로 접속되는 전기히터(3a)가 설치되는 것을 특징으로 하는 전기히터를 이용한 선박 연료유의 가열 및 순환시스템.
5. 삭제

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